【衛福部技術團隊研發成果3】藉由固相式吸附富集微生物核酸以快速鑑定微生物與抗藥性的檢測系統
發表於: 2025-06-02
一、技術名稱：
藉由固相式吸附富集微生物核酸以快速鑑定微生物與抗藥性的檢測系統
二、執行團隊：
衛生福利部疾病管制署檢驗及疫苗研製中心中區實驗室
三、技術摘要：
本技術為一套快速鑑定細菌與抗藥基因的樣本處理方法，透過選擇性裂解與固相吸附濃縮病原核酸，搭配奈米孔定序與即時分析，可協助臨床迅速判斷感染菌種與抗藥性，提升治療效率。
四、技術內容：
隨著全球菌血症與敗血症案例逐年上升，加上老年人口與長照需求增加，血流感染的風險日益提高。臨床端對於能在最短時間內準確找出感染病原體並預測抗藥性的診斷工具需求大幅成長。現行血流感染(BSI)診斷多仰賴血液培養及微生物藥物敏感性測試，不僅流程繁瑣、耗時且人力成本高，常導致患者延誤治療、病情惡化。這促使臨床迫切需要快速鑑定微生物菌種及其抗藥性基因的技術。然而，在進行總體基因體定序（mNGS）時，宿主核酸干擾仍是一大挑戰。臨床樣本中往往含有大量人類或動物 DNA，使得病原體核酸豐度偏低，不利於後續病原菌及抗藥基因的檢測。為解決此問題，本團隊開發出一套專為奈米孔定序（ONT）設計的血液培養樣本前處理流程。此技術特色如下：
⏺︎選擇性裂解宿主細胞：使用非離子性界面活性劑破壞宿主細胞膜，使宿主核酸游離於樣本中。
⏺︎ 固相吸附去除非目標核酸：透過物理方式吸附游離核酸，取代傳統酵素法，有效去除宿主核酸同時保留病原菌的長片段核酸，並排除定序抑制物。
⏺︎ 搭配奈米孔定序平台後，15分鐘內可產出初步定序資料，並即時進行分析。
⏺︎若微生物在樣本中所佔讀序比例達1%以上，即可判定為目標微生物，並估算其相對豐度。
抗藥性預測能力與驗證成效
本技術進一步結合團隊開發的抗藥性預測方法，可在約 20倍基因體覆蓋深度下，準確判定：
⏺︎ 病原菌染色體突變位點
⏺︎ 質體抗藥基因之亞型與數量
透過模擬實驗，我們成功在含 29個抗藥基因的克雷伯氏肺炎菌（Klebsiella pneumoniae）中進行血液瓶培養後的快速鑑定，並證實僅需 6小時內的定序時間即可產出足以完成抗藥性分析的資料。
此外，我們也與臨床實際檢體進行比對，與市面上最廣泛應用之定點照護診斷系統（POCT）BioFire FilmArray BCID2 panel相比，本技術具備：
⏺︎ 更高的全面性
⏺︎ 更佳的靈敏度與準確性
⏺︎ 更具成本效益
⏺︎ 技術成熟度與商品化潛力
本技術檢測系統已獲得台灣發明專利(專利號：I865877)，美國發明專利(申請號:18/062,181)審查中，並與醫學中心合作進行臨床樣本驗證，已完成超過100件樣本測試，結果與傳統檢驗方法高度一致。整體檢測流程從取得血液培養瓶樣本起算，最快可於6～10小時內提供菌種及抗藥基因報告，大幅縮短診斷時間。
未來，本團隊將進一步推動技術移轉與系統優化，朝向開發具自動化、快速、高效率與低成本的產品原型，並拓展其臨床應用場景。本技術商品化後所獲得之回饋資源，亦將反饋於研究團隊，持續投入於即時分子診斷技術的精進與開發，期望打造出能守護感染症病患健康的精準診斷平台。
五、團隊簡介或技術聯絡人：
本技術的開發由衛生福利部疾病管制署邱乾順研究員所帶領的團隊，洪羽屏博士、陳柏翰生資工程師與中國醫藥大學感染科盧敏吉教授/醫師、湯惠玲博士、宋惠詠博士共同合作開發。團隊長期在國內對於感染症的分子分型監測與方法的建立，以及細菌抗藥性監測與機制、抗生素的治療與機構感染症的預防與管制有著很豐富的研究經驗與成果。
技術聯絡人：洪羽屏 博士 ( Yu-ping@cdc.gov.tw ; 04-24755118#504)
藉由固相式吸附富集微生物核酸以快速鑑定微生物與抗藥性的檢測系統
二、執行團隊：
衛生福利部疾病管制署檢驗及疫苗研製中心中區實驗室
三、技術摘要：
本技術為一套快速鑑定細菌與抗藥基因的樣本處理方法，透過選擇性裂解與固相吸附濃縮病原核酸，搭配奈米孔定序與即時分析，可協助臨床迅速判斷感染菌種與抗藥性，提升治療效率。
四、技術內容：
隨著全球菌血症與敗血症案例逐年上升，加上老年人口與長照需求增加，血流感染的風險日益提高。臨床端對於能在最短時間內準確找出感染病原體並預測抗藥性的診斷工具需求大幅成長。現行血流感染(BSI)診斷多仰賴血液培養及微生物藥物敏感性測試，不僅流程繁瑣、耗時且人力成本高，常導致患者延誤治療、病情惡化。這促使臨床迫切需要快速鑑定微生物菌種及其抗藥性基因的技術。然而，在進行總體基因體定序（mNGS）時，宿主核酸干擾仍是一大挑戰。臨床樣本中往往含有大量人類或動物 DNA，使得病原體核酸豐度偏低，不利於後續病原菌及抗藥基因的檢測。為解決此問題，本團隊開發出一套專為奈米孔定序（ONT）設計的血液培養樣本前處理流程。此技術特色如下：
⏺︎選擇性裂解宿主細胞：使用非離子性界面活性劑破壞宿主細胞膜，使宿主核酸游離於樣本中。
⏺︎ 固相吸附去除非目標核酸：透過物理方式吸附游離核酸，取代傳統酵素法，有效去除宿主核酸同時保留病原菌的長片段核酸，並排除定序抑制物。
⏺︎ 搭配奈米孔定序平台後，15分鐘內可產出初步定序資料，並即時進行分析。
⏺︎若微生物在樣本中所佔讀序比例達1%以上，即可判定為目標微生物，並估算其相對豐度。
抗藥性預測能力與驗證成效
本技術進一步結合團隊開發的抗藥性預測方法，可在約 20倍基因體覆蓋深度下，準確判定：
⏺︎ 病原菌染色體突變位點
⏺︎ 質體抗藥基因之亞型與數量
透過模擬實驗，我們成功在含 29個抗藥基因的克雷伯氏肺炎菌（Klebsiella pneumoniae）中進行血液瓶培養後的快速鑑定，並證實僅需 6小時內的定序時間即可產出足以完成抗藥性分析的資料。
此外，我們也與臨床實際檢體進行比對，與市面上最廣泛應用之定點照護診斷系統（POCT）BioFire FilmArray BCID2 panel相比，本技術具備：
⏺︎ 更高的全面性
⏺︎ 更佳的靈敏度與準確性
⏺︎ 更具成本效益
⏺︎ 技術成熟度與商品化潛力
本技術檢測系統已獲得台灣發明專利(專利號：I865877)，美國發明專利(申請號:18/062,181)審查中，並與醫學中心合作進行臨床樣本驗證，已完成超過100件樣本測試，結果與傳統檢驗方法高度一致。整體檢測流程從取得血液培養瓶樣本起算，最快可於6～10小時內提供菌種及抗藥基因報告，大幅縮短診斷時間。
未來，本團隊將進一步推動技術移轉與系統優化，朝向開發具自動化、快速、高效率與低成本的產品原型，並拓展其臨床應用場景。本技術商品化後所獲得之回饋資源，亦將反饋於研究團隊，持續投入於即時分子診斷技術的精進與開發，期望打造出能守護感染症病患健康的精準診斷平台。
五、團隊簡介或技術聯絡人：
本技術的開發由衛生福利部疾病管制署邱乾順研究員所帶領的團隊，洪羽屏博士、陳柏翰生資工程師與中國醫藥大學感染科盧敏吉教授/醫師、湯惠玲博士、宋惠詠博士共同合作開發。團隊長期在國內對於感染症的分子分型監測與方法的建立，以及細菌抗藥性監測與機制、抗生素的治療與機構感染症的預防與管制有著很豐富的研究經驗與成果。
技術聯絡人：洪羽屏 博士 ( Yu-ping@cdc.gov.tw ; 04-24755118#504)
傳統培養方法與本團隊開發技術(TCDC Nanopore-seq)，鑑定菌種與抗藥基因所需之周轉時間比較。